大型鑄造盤式離心機稀油站自動控制及改造

焦建波，陳風海

（邢臺軋輥異型輥有限公司，河北邢臺 054000）

1 稀油站概述

稀油站是機械設備中稀油循環(huán)潤滑系統(tǒng)的心臟，將潤滑油液強制地壓送到機械設備中各摩擦部位。在相對運動的機器零件間形成油膜，減少零件的摩擦、磨損，同時對摩擦部位進行沖洗，并帶走摩擦產(chǎn)生的熱量，保證設備正常運轉(zhuǎn)，延長設備使用壽命。稀油站一般由油站、儀表盤、電氣控制箱和油水冷卻器四部分組成。主要有兩臺供油油泵（一開一備），設有油位報警，油壓聯(lián)鎖保護、電加熱、油水冷卻、磁過濾等功能。

主要適用于機械設備的稀油循環(huán)潤滑系統(tǒng)，通常安裝在機器附近的地下油庫或地坑中。

2 冶金鑄造企業(yè)設備簡介及對潤滑系統(tǒng)的要求

在大型冶金鑄造企業(yè)，離心澆注機是冶金鑄造企業(yè)的主要生產(chǎn)設備，用于許多復合金屬產(chǎn)品的離心澆注生產(chǎn),工作轉(zhuǎn)速在200～600 r/min之間，設備承載在20～50 t之間。離心澆注機旋轉(zhuǎn)主要由主軸軸承進行支撐旋轉(zhuǎn)，因此離心澆注機的潤滑主要采用稀油站對軸承摩擦副進行集中循環(huán)潤滑，同時對軸承摩擦部位進行沖洗，帶走摩擦產(chǎn)生的熱量及磨損產(chǎn)生的顆粒。離心澆注機工作環(huán)境非常惡劣,在生產(chǎn)過程中,離心澆注機在不同轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn),主軸軸承承受在離心澆注過程中產(chǎn)生的上百噸的徑向動載荷和20～50 t軸向載荷；由于離心澆注機上金屬模具和離心機裝配存在的徑向偏移,以及金屬熔液在凝固過程中的收縮引起的徑向偏移會產(chǎn)生很大的偏心力,使離心機產(chǎn)生振動；金屬熔液在凝固過程中產(chǎn)生大量的熱通過金屬冷型、離心澆注機的工作盤、主軸傳遞給主軸上部軸承，造成上部軸承溫度高達近100 ℃；在澆注生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量的金屬粉塵,污染周圍的工作環(huán)境，一部分粉塵會通過潤滑系統(tǒng)連接部位或縫隙進入潤滑系統(tǒng)內(nèi)部,污染潤滑油。稀油站一般布置在地下－9 m處（圖1）。

圖1 離心澆注機布置示意圖

離心澆注機在生產(chǎn)過程中處于高溫、粉塵、高速、重載、振動的惡劣工作環(huán)境，對設備潤滑提出更高的要求。供油系統(tǒng)工作要可靠，不得出現(xiàn)斷油現(xiàn)象；油溫保持恒定，避免油溫過高造成潤滑油氧化失效；能對軸承進行沖洗冷卻，防止軸承等摩擦副部位溫度過高造成軸承燒損，導致設備損害；防止外界環(huán)境對油液的污染，能有效去除油液中具有破壞力雜質(zhì)顆粒，保持油液純凈，減少軸承磨損。因此可靠的軸承潤滑、有效的軸承冷卻是保證設備正常運轉(zhuǎn)，減少設備故障，延長設備使用壽命的主要措施。但是，目前設備配備的稀油站所擁有的功能和聯(lián)鎖保護措施無法滿足設備正常運行。

3 存在的設計缺陷及問題

目前離心澆注潤滑系統(tǒng)配備的稀油站為XYZ-160型稀油站，主要用于離心澆注機主軸軸承的潤滑和軸承冷卻。

稀油站采用兩臺齒輪油泵供油（一開一備），壓力控制,當其中一臺油泵出現(xiàn)故障,壓力下降到設定下限值時,另一臺備用油泵啟動,壓力超過設定上限值時,備用油泵停止工作,從而保證油泵不間斷工作；稀油站設有油位報警,當油位低于下限時，進行報警，提醒操作人員加油,當油位高于上限時,進行報警提示,提醒操作人員檢查油站；油壓聯(lián)鎖保護可防止離心澆注機誤操作,避免稀油站未啟動而啟動離心澆注機造成主軸軸承無油轉(zhuǎn)動導致軸承損壞；電加熱系統(tǒng)防止在冬季油溫過低造成的啟動困難和潤滑不良；油水冷卻器可對潤滑油進行冷卻，防止油溫過高造成潤滑油氧化失效；磁過濾裝置可過濾潤滑油液的機械雜質(zhì)或金屬顆粒等功能。

離心澆注機配備的XYZ-160型稀油站雖然功能、保護措施比較齊全，但是在離心澆注機的惡劣工作環(huán)境下，仍然無法保證稀油站的可靠工作，一旦發(fā)生故障，將會造成較大的設備事故、安全事故或質(zhì)量事故，損失較大?，F(xiàn)根據(jù)離心澆注機工作環(huán)境要求、稀油站安裝位置以及離心澆注機的工作特性分析稀油站的原理、工作性能及存在的問題。

（1）稀油站潤滑系統(tǒng)聯(lián)鎖保護措施采用稀油站供油壓力進行控制。稀油站設有油泵壓力、濾后壓力和供油壓力，供油壓力采用壓力繼電器，設有上限和下限值，當供油壓力低于下限值時，備用油泵啟動，高于上限值時，備用泵停止工作，在一個供油壓力范圍內(nèi)實現(xiàn)不間斷供油。但是離心澆注機主軸軸承的潤滑是靠潤滑油的流量來保證的，壓力控制只是間接反應供油流量。該供油壓力只是反應稀油站系統(tǒng)的供油壓力，但不能反映出設備潤滑部位是否有油量供給。因此設備的可靠潤滑是保證有合適的潤滑油流量供給潤滑部位，而靠稀油站供油壓力無法保證設備有效潤滑。在離心澆鑄及稀油潤滑系統(tǒng)中曾出現(xiàn)過壓力正常而供油油路無流量的現(xiàn)象，造成軸承缺油燒損的設備事故。因此應在潤滑系統(tǒng)的供油管路中靠近潤滑點部位采用流量監(jiān)測來實現(xiàn)離心澆注機主軸軸承潤滑的監(jiān)控。

（2）稀油站工作環(huán)境惡劣（稀油站安裝在地下－9 m地坑內(nèi)，處于高溫、高粉塵的惡劣環(huán)境）。稀油站是離心澆注機潤滑系統(tǒng)的心臟，稀油站的穩(wěn)定可靠工作是保證離心澆注機正常運轉(zhuǎn)的關鍵條件。加強離心機稀油站的巡檢與維護是設備管理的一項基本內(nèi)容。由于稀油站安裝在地下－9 m地坑內(nèi)，操作人員進入地坑內(nèi)巡檢稀油站，勞動強度大不安全。在離心澆注機工作期間，高溫、粉塵、鐵液飛濺等惡劣條件是不允許操作人員進入現(xiàn)場巡檢和維護的，一旦稀油站發(fā)生故障，只能任其故障發(fā)展，造成更大的設備事故或生產(chǎn)安全事故。

（3）采用油水冷卻的方式存在水資源大量的浪費。油溫過高是造成潤滑油氧化失效的主要原因。軸承摩擦，金屬熔液熱傳導是導致油溫過高的原因，如不采取油水冷卻方式，則油溫會高達80 ℃。一般油溫超過65 ℃，潤滑油便開始氧化，此情況下潤滑油使用壽命僅6個月。離心澆注機稀油站采用油水冷卻器的方式對潤滑油進行冷卻是一種普遍采用的冷卻方式，但每小時耗水達20 t,如連續(xù)工作一天消耗水資源近480 t，造成大量的水資源浪費。而且采用油水冷卻器冷卻潤滑油，其油溫不易控制，溫差較大，影響潤滑油的粘度，長期使用冷卻水易混入潤滑油中造成油液污染，發(fā)生潤滑故障，導致設備損壞。

（4）工作環(huán)境的大量粉塵，以及離心澆注機摩擦副部位、軸承產(chǎn)生的金屬磨損顆粒會進入潤滑系統(tǒng)，污染潤滑油。顆粒污染是潤滑油失效的主要原因之一，潤滑油液中存在大量的金屬顆粒，將會破環(huán)摩擦副間形成的潤滑油膜，加劇磨損，最終導致零件失效。離心澆注機工作環(huán)境較差，而稀油站設置的過濾器僅能去除0.025 mm顆粒，如油液中存在大量的0.005～0.025 mm的金屬顆粒將會破壞摩擦副的潤滑油膜，增大摩擦，加劇磨損。

（5）電氣控制采用接觸器、繼電器進行控制，長時間在高溫、粉塵、振動的惡劣工作環(huán)境下會使接觸器、繼電器觸點老化，工作不穩(wěn)定，一旦在設備運行過程中電器出現(xiàn)故障，潤滑中斷，將會造成設備事故。由于傳統(tǒng)的電氣控制電氣元件較多，線路復雜，發(fā)生故障后不易排查，會延長設備停機時間，對生產(chǎn)造成一定的影響。

4 解決方案

（1）采用流量控制技術，實現(xiàn)離心澆注機的可靠潤滑。由于離心澆注機的軸承潤滑是靠潤滑油的流量來實現(xiàn)的，對流量的大小要求不高，只要滿足冷卻和潤滑就可以保證軸承的正常運行，因此不需要對流量進行精確監(jiān)控。為適應高溫、粉塵、振動的惡劣工作環(huán)境，選用精度不是很高、環(huán)境適應性強的流量開關對潤滑油量的大小進行控制。在進回油管路靠近潤滑點的部位設置安裝流量開關，當流量低于設定值時進行報警，提醒操作者采取措施；當進回油流量差距過大時，進行報警，提醒操作者檢查油路是否有泄露或堵塞。流量控制技術避免稀油站潤滑系統(tǒng)出現(xiàn)供油壓力正常而供油油路無流量，造成軸承缺油燒損故障的現(xiàn)象。

（2）遠程視頻監(jiān)控技術的應用：通過遠程視頻監(jiān)控可以實現(xiàn)對設備現(xiàn)場運行狀態(tài)進行采集，獲得現(xiàn)場監(jiān)控數(shù)據(jù)，為遠程故障診斷提供數(shù)據(jù)。通過遠程監(jiān)控，技術人員無須親臨現(xiàn)場就可以監(jiān)視并控制現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)及各種參數(shù)，方便地利用本地豐富的軟硬件資源對遠程對象進行過程控制，以維護設備的正常運行，最終實現(xiàn)遠端的無人或少人值守，達到降低勞動強度，增加安全系數(shù)的目的。

離心澆注機正是采用遠程視頻監(jiān)控技術實現(xiàn)了地坑內(nèi)稀油站及設備運行狀態(tài)監(jiān)測。圖2為離心機視頻監(jiān)控畫面。

圖2 離心機視頻監(jiān)控畫面

維修、操作人員不需進入地坑內(nèi)的設備工作現(xiàn)場進行巡檢，可在控制室內(nèi)實現(xiàn)離心澆注機及稀油站的運行狀態(tài)的監(jiān)測，可直觀的觀察稀油站的工作狀況和工作壓力。采用夜視成像視頻技術實現(xiàn)了離心澆注機潤滑系統(tǒng)的回油管路內(nèi)部流量的監(jiān)測。通過視頻，操作者可在控制室直觀的掌握回油管路內(nèi)部潤滑油的流量。遠程視頻監(jiān)控技術的應用可起到防止稀油站誤報警引發(fā)的設備停機或設備事故，如稀油站監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)流量誤報警（流量過低）引發(fā)設備停機警告，這時操作人員可通過視頻，很清楚的觀察到油路回油是否正常，如果油路回油正常，就可消除報警，使設備繼續(xù)工作，避免出現(xiàn)人為的停機造成的生產(chǎn)、質(zhì)量事故；同樣當潤滑系統(tǒng)出現(xiàn)供油不暢而系統(tǒng)沒有報警，操作人員也可通過視頻，很清楚地觀察到油路回油狀態(tài)，及時判斷是否存在油路不暢的故障，及時停機，防止釀成設備無油潤滑工作的設備事故和生產(chǎn)事故。因此遠程視頻監(jiān)控技術不僅實現(xiàn)了遠端的無人或少人值守，達到降低勞動強度，提高工作安全系數(shù)的目的，更重要的是可防止系統(tǒng)誤報警造成的設備事故或生產(chǎn)事故，成為離心澆注機可靠運行的雙重保證。

（3）采用油冷機冷卻。油冷機冷卻技術是目前設備液壓控制、稀油潤滑系統(tǒng)逐步推廣應用的冷卻方式。油冷機采用微電腦控制,可以根據(jù)工況需要設置油溫,油溫控制準確、能耗低。尤其在離心澆注機環(huán)境溫度高的工況下,其應用價值非常突出，冷卻效率高,可將高達80 ℃的油溫在短時間內(nèi)冷卻到40 ℃,并且溫度控制恒定,能有效防止?jié)櫥脱趸?延長油品使用壽命,同時較低的油溫可對摩擦部位進行沖洗冷卻,降低摩擦部位的溫度。根據(jù)離心澆注機主軸軸承溫度監(jiān)測顯示,采用制冷技術前,軸承溫度高達90 ℃之多,采用制冷技術后,軸承溫度一般不超過55 ℃,軸承使用壽命大大延長。

（4）安裝旁路高精度油過濾器，有效去除0.005 mm以上的固體顆粒。XYZ-160型稀油站設有磁過濾器和雙筒過濾器，能夠去除0.025 mm顆粒和金屬雜質(zhì)。在實際應用過程中，由于工作環(huán)境的大量粉塵、離心澆注機摩擦副部位、軸承產(chǎn)生的金屬磨粒會進入潤滑系統(tǒng)，造成油液顆粒污染。解決潤滑油中的顆粒污染，僅靠系統(tǒng)本身的過濾裝置是無法滿足使用要求的。在稀油站裝置中安裝旁路高精度油過濾器實施在線過濾，可有效去除0.005 mm以上的固體顆粒。降低潤滑油污染度，減少摩擦，延長設備使用壽命和潤滑油使用壽命，降低設備運行成本。圖3為2011年5月份離心澆注機開始采用旁路高精度油過濾器后，潤滑油液中鐵質(zhì)指數(shù)表和油液顆粒污染表。

（5）采用PLC無觸點控制，解決電控系統(tǒng)工作不穩(wěn)定問題。采用PLC無觸點控制，減少了接觸器、繼電器等中間電器元件的應用，PLC控制器運行穩(wěn)定，工作可靠，可減少因電器元件引發(fā)的故障。同時利用PLC控制器故障自檢功能，可幫助維修人員迅速方便的判斷故障點，排除故障，恢復生產(chǎn)。

圖3 潤滑油液中鐵質(zhì)指數(shù)和油液顆粒污染

5 結束語

自2009年開始逐步對離心澆注稀油站(共計7臺離心澆注機)進行改造,安裝油冷機替代油水冷卻器、安裝旁路高精度過濾器進行在線過濾和實施電氣PLC控制改造、增設視頻監(jiān)控及流量監(jiān)控技術后,離心澆注機實現(xiàn)了可靠運行,取得了顯著效果：

（1）采用PLC控制后，電氣故障明顯減少。采用過濾和油品冷卻技術后，使許多離心澆注機的軸承使用壽命由改造前的1～2年，變?yōu)楦脑旌筝S承使用壽命延長至3～4年以上。

（2）潤滑油使用壽命延長，稀油站潤滑油品質(zhì)穩(wěn)定，已連續(xù)使用3年，經(jīng)化驗油品品質(zhì)未發(fā)生氧化或顆粒污染嚴重現(xiàn)象，仍可繼續(xù)使用。由此平均每年可節(jié)約潤滑油6 000 L。采用油冷機冷卻技術，每年可節(jié)約冷卻水5萬t（按2009年離心機用水統(tǒng)計）。

（3）采用遠程視頻監(jiān)控，實現(xiàn)了離心機地坑內(nèi)稀油站及設備運行狀態(tài)監(jiān)測，可隨時掌握地坑內(nèi)設備的運行狀況，而且該技術可在危險、環(huán)境惡劣、人員無法檢查的設備部位推廣應用。

[1]成大先.機械設計手冊(第三卷)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002.1.

[2]唐全勝,張曉.水泥磨稀油站自動系統(tǒng)的改進[J].水泥,2005(7):50.

[3]李海彬.磨機稀油站控制系統(tǒng)PLC改造[J].水泥,2007(5)：60.